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一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置制造方法

文檔序號(hào):7390657閱讀:282來(lái)源:國(guó)知局
一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,本裝置主要包括:供電模塊、遙控開(kāi)關(guān)、i-Core2核心板、采集電路、雷電流傳感器、授時(shí)模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊、機(jī)箱殼體、限位墊塊等,架設(shè)在被監(jiān)測(cè)接觸網(wǎng)線路的回流導(dǎo)線上,當(dāng)接觸網(wǎng)遭受雷擊時(shí),雷電流傳感器獲得感應(yīng)電壓,經(jīng)采集電路采集得到雷電流波形信號(hào),通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集信息發(fā)送至上位機(jī),通過(guò)取電線圈耦合取電方式對(duì)鋰電池充電,無(wú)需外部電源。本發(fā)明為掌握雷電波形,科學(xué)防雷,雷擊事故分析,雷擊故障定位提供原始依據(jù),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝維護(hù)方便,工作可靠。
【專利說(shuō)明】一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電信息測(cè)量及防雷(故障定位、雷電波形采集)領(lǐng)域,涉及一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]接觸網(wǎng)是高速鐵路的核心技術(shù)之一,作為電氣化鐵道牽弓I供電系統(tǒng)中的重要組成部分,擔(dān)負(fù)著不間斷地向沿線運(yùn)行中的電力機(jī)車輸送電能的重要任務(wù),其運(yùn)行質(zhì)量的好壞、故障的多寡、搶修的快慢都將直接影響電氣化鐵路運(yùn)輸能力的發(fā)揮及其安全與穩(wěn)定。
[0004]我國(guó)高速鐵路分布越來(lái)越廣闊,途徑地區(qū)的氣象條件差異較大,而且接觸網(wǎng)的特點(diǎn)在于設(shè)備裸露于自然環(huán)境中,沿線架設(shè),沒(méi)有備用,對(duì)運(yùn)行環(huán)境極為敏感,是電力牽引中一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié),易受自然環(huán)境特別是雷電的影響。如果接觸網(wǎng)發(fā)生雷擊等故障,短路點(diǎn)及附近電力設(shè)備中流過(guò)的短路電流可能達(dá)到額定電流的幾倍乃至幾十倍,將對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞;由于列車高速度、高密度運(yùn)行,供電設(shè)備一旦發(fā)生事故或險(xiǎn)情,將直接影響車組正常運(yùn)行和供電列車的生活用電,后果相當(dāng)嚴(yán)重,會(huì)造成整個(gè)鐵路運(yùn)輸?shù)闹卮髶p失,嚴(yán)重干擾鐵路運(yùn)輸秩序,損害鐵路形象。因此,對(duì)盡快修復(fù)接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷擊故障、確保不間斷供電提出了更高的要求,即在雷擊故障發(fā)生后,要求快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)并排除故障,在盡可能短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。
[0005]目前,我國(guó)鐵路部門查找接觸網(wǎng)系統(tǒng)故障位置的方法主要是人工巡檢法,即檢測(cè)人員巡檢或攜帶檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行排查。然而,我國(guó)高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)地域分布廣泛,架設(shè)路徑長(zhǎng),空間分布復(fù)雜,檢測(cè)結(jié)果過(guò)分依賴操作人員的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)等因素,這導(dǎo)致了接觸網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)效率低、檢測(cè)精度難以保障以及檢測(cè)成本過(guò)高等問(wèn)題;特別是在惡劣環(huán)境下,給這項(xiàng)工作添加了更多困難,且會(huì)給檢測(cè)人員帶來(lái)一定的危險(xiǎn)。因此,在接觸網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),依靠目前的檢測(cè)方法,很難快速、準(zhǔn)確地查找出故障位置。
[0006]雷電流參數(shù)是研究雷電活動(dòng)規(guī)律、雷電防護(hù)和防雷工程設(shè)計(jì)必須要考慮的參量,其采集和處理的實(shí)時(shí)性、可靠性是決策實(shí)時(shí)性、科學(xué)性的前提,雷電流信息的實(shí)時(shí)采集可以對(duì)雷害實(shí)行有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。而知道雷電流波形,我們就可得到有關(guān)雷電流的參數(shù),如雷電流峰值、最大電流上升率、峰值時(shí)間等。因此,掌握雷電波形,能夠科學(xué)地進(jìn)行防雷設(shè)計(jì),并為雷擊事故分析和處理、雷擊事故的責(zé)任判別提供原始依據(jù)。由于國(guó)內(nèi)各地區(qū)的雷電活動(dòng)極不平衡,加上領(lǐng)土廣闊,地理環(huán)境復(fù)雜,地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等原因,導(dǎo)致雷電監(jiān)測(cè)工作處在比較落后的狀態(tài)。因此,建立一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的雷電波形采集裝置勢(shì)在必行。
[0007]綜上所述,能夠監(jiān)測(cè)雷電流參數(shù),定位雷擊故障點(diǎn)的接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置為上述問(wèn)題的解決提供了一條有效的途徑。雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置可以采集雷電波形,分析雷電流參數(shù),并且反應(yīng)迅速,定位準(zhǔn)確,為接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷擊故障的及時(shí)搶修節(jié)省大量的時(shí)間,大大減少維護(hù)成本,提聞聞速鐵路的運(yùn)輸效率。
[0008]近年來(lái),針對(duì)雷電流監(jiān)測(cè)裝置的研究,我國(guó)已經(jīng)取得了一定的研究成果,并且部分成果已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。發(fā)明專利CN 101937015 A公開(kāi)了一種架空輸電線路雷電流和雷電壓波形參數(shù)在線監(jiān)測(cè)裝置,它包括:電壓傳感器、電流傳感器、取電線圈、電壓調(diào)理及儲(chǔ)能模塊等,其特點(diǎn)是可以通過(guò)鉗口式羅果夫斯基線圈電流傳感器和電容耦合式電壓傳感器分別采集導(dǎo)線上的雷電流和雷電壓信號(hào)(然而,該裝置沒(méi)有時(shí)鐘單元為雷電流發(fā)生提供時(shí)間記錄)。發(fā)明專利CN 101923109 A公開(kāi)了輸電線路導(dǎo)線雷擊波形監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括主機(jī)、可與主機(jī)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、復(fù)數(shù)個(gè)設(shè)于線路上的與主機(jī)無(wú)線通信相連的分機(jī),其特點(diǎn)是分機(jī)主要對(duì)雷電流信號(hào)進(jìn)行采集及調(diào)理,主機(jī)主要對(duì)接收自分機(jī)的信息進(jìn)行處理及存儲(chǔ),服務(wù)器主要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等(然而,該系統(tǒng)的電能僅僅是由取能互感器通過(guò)感應(yīng)取電來(lái)供應(yīng)的,并沒(méi)有蓄電池,因此,該系統(tǒng)在線路斷電及遭受雷擊時(shí)均無(wú)法正常工作)。發(fā)明專利CN 103592506 A公開(kāi)了一種架空輸電線路雷電流在線監(jiān)測(cè)裝置,由MSP430單片機(jī)、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、觸發(fā)電路、AD采集匹配電路等組成,其特點(diǎn)是裝置由太陽(yáng)能電池供電,包含有多個(gè)架設(shè)在輸電桿塔絕緣子及桿塔避雷線上的傳感器,采用喚醒工作,不工作時(shí)休眠的模式,已達(dá)到降低功耗的目的(然而,其太陽(yáng)能電池加蓄電池的供電方式存在以下問(wèn)題:1、天氣對(duì)太陽(yáng)能電池的影響較大,連續(xù)的陰雨天可能會(huì)造成蓄電池電量不足,進(jìn)而設(shè)備無(wú)法正常工作)。發(fā)明專利CN 103412185 A公開(kāi)了一種雷電流檢測(cè)裝置,包括信號(hào)調(diào)理單元、取能單元和采集單元,其特點(diǎn)是外殼包括線圈屏蔽盒、采集屏蔽盒等,信號(hào)取樣保持單元和取能單元在雷擊發(fā)生時(shí),能夠同時(shí)起作用,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雷擊發(fā)生信息,不需要外加觸發(fā)電路(然而,該裝置只記錄雷擊發(fā)生的時(shí)刻、幅值和極性,并不對(duì)雷電流其它的參數(shù)進(jìn)行記錄)。
[0009]總體來(lái)說(shuō),目前針對(duì)普通高壓輸電線路雷電流參數(shù)的測(cè)量及研究較多,部分研究缺乏實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),并且存在缺陷,針對(duì)雷電流頻率高、持續(xù)時(shí)間短暫等特性,相關(guān)的裝置或系統(tǒng)采樣頻率及時(shí)鐘精度尚不理想。有關(guān)高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形的監(jiān)測(cè)或研究較少,但可以借鑒普通高壓輸電線路雷電流測(cè)量的部分研究成果,同時(shí)根據(jù)高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)本身及其所處環(huán)境的特點(diǎn)來(lái)開(kāi)展接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形監(jiān)測(cè)研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,并結(jié)合高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)本身及其所處環(huán)境的特點(diǎn),提供了一種能夠?qū)崟r(shí)采集接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形,能夠在被指定IP的遠(yuǎn)程上位機(jī)操作,實(shí)現(xiàn)自主供電,高精授時(shí)和對(duì)鐵路接觸網(wǎng)雷電信號(hào)的高頻采樣,能夠?yàn)榭茖W(xué)地進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)、雷擊事故分析和處理、雷擊事故的責(zé)任判別提供原始依據(jù);其反應(yīng)迅速及定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)能夠?yàn)榻佑|網(wǎng)系統(tǒng)雷擊故障的及時(shí)搶修節(jié)省大量的時(shí)間,大大減少維護(hù)成本,保障高速鐵路的運(yùn)輸安全,提高高速鐵路的運(yùn)輸效率,具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置。
[0011]本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的:
一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于:包括機(jī)箱殼體以及設(shè)置在機(jī)箱殼體內(nèi)的供電模塊、遙控開(kāi)關(guān)、1-Core2核心板、采集電路、雷電流傳感器、授時(shí)模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊、機(jī)箱殼體、限位墊塊;所述供電模塊與遙控開(kāi)關(guān)相連,遙控開(kāi)關(guān)(2)連接電路板,電路板上安裝有1-C0re2核心板及采集電路,雷電流傳感器放置在限位墊塊的卡槽內(nèi),并與電路板上的采集電路相連,授時(shí)模塊及GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊均與電路板上的i_Core2核心板相連,授時(shí)模塊的授時(shí)天線及GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊的數(shù)傳天線均通過(guò)下外殼的過(guò)線孔安裝在裝置外側(cè);
所述i_Core2核心板包括高頻信號(hào)采集芯片F(xiàn)PGA及核心控制芯片STM32,F(xiàn)PGA芯片主要負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的高速采集,STM32芯片主要接收處理時(shí)鐘信號(hào)以及控制數(shù)據(jù)收發(fā);
所述采集電路包括信號(hào)預(yù)處理電路,采樣觸發(fā)電路,高頻采集電路及AD轉(zhuǎn)換芯片;雷電流傳感器所得感應(yīng)電壓經(jīng)衰減處理后,連接采樣觸發(fā)電路以啟動(dòng)采樣,同時(shí)連接信號(hào)預(yù)處理電路、高頻采集電路及AD轉(zhuǎn)換芯片以在啟動(dòng)采樣后獲得雷電波形數(shù)字信號(hào)。
[0012]在上述的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,所述供電模塊包括鋰電池與充放電單元,鋰電池與充放電單元相連,充放電單元與電路板連接;充放電單元用于從接觸網(wǎng)導(dǎo)線上獲取電能,為鋰電池充電,同時(shí)對(duì)鋰電池起保護(hù)作用,保證在一定的時(shí)間內(nèi),電池狀態(tài)良好,在線監(jiān)測(cè)裝置有充足的電能供應(yīng)。
[0013]在上述的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,所述充放電單元包括取電線圈、整流電路、升壓電路及充放電控制電路,取電線圈為一種可分式穿心線圈,套裝在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上,從其上獲取感應(yīng)電壓,與取電線圈相連的整流電路再對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓整流,輸出穩(wěn)定的12V電壓值,整流電路輸出的電壓再由與其相連的升壓模塊進(jìn)行升壓處理,升壓模塊輸出電壓再傳輸至充方電控制電路,充放電控制電路與鋰電池相連,該充放電控制電路用于在接收到升壓電路輸出的電壓時(shí)將對(duì)鋰電池進(jìn)行充電,電池充滿時(shí)斷開(kāi),電池電壓不足時(shí)斷開(kāi),以達(dá)到確保系統(tǒng)輸入電壓值和保護(hù)鋰電池的作用。
[0014]在上述的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,所述機(jī)箱殼體包括外殼、內(nèi)隔板、線夾等,外殼與內(nèi)隔板組成封閉隔間及開(kāi)放隔間,線夾與外殼相連組成箱體;機(jī)箱殼體能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)所有部件的安裝及固定;其金屬外殼可以使安裝于其內(nèi)部的電路免受外部環(huán)境中復(fù)雜電磁場(chǎng)的干擾,起到很好的電磁隔離作用;所述外殼包括上外殼及下外殼,上外殼及下外殼均為中空半圓筒,上下外殼均有安裝密封條的凹槽,從而使整個(gè)裝置有更好的密封效果,起到防水、防塵及防其它異物的作用;中空半圓筒有定位階梯及螺釘孔,定位階梯用來(lái)限制內(nèi)隔板的位置,以便于安裝;內(nèi)隔板包括上半圓板、上平板與下半圓板、下平板,上半圓板與上平板連接成上內(nèi)隔板,下半圓板與下平板連接成下內(nèi)隔板;圓板板開(kāi)有半圓形缺口、連接孔及過(guò)線孔,其中過(guò)線孔可以方便電路間的導(dǎo)線連接,半圓板可以將上(下)外殼分成兩個(gè)隔間,從而便于合理布置電路器件,優(yōu)化裝置空間布局;上下平板的端面均開(kāi)有螺釘孔,以便于連接上述外殼及半圓板,平面上開(kāi)有過(guò)線孔,以方便上述上下箱中電路間的導(dǎo)線連接;內(nèi)隔板放置在上(下)外殼的定位階梯上,通過(guò)螺釘與上(下)外殼連接,內(nèi)隔板與上(下)外殼組成封閉的隔間,該封閉隔間可以使其內(nèi)部的電路免受外部環(huán)境中復(fù)雜電磁場(chǎng)的干擾,起到第二次電磁隔離的同時(shí),也可以減少內(nèi)部電路之間的電磁影響,增加雷電信號(hào)采樣結(jié)果的可靠性與真實(shí)性;
所述上內(nèi)隔板以及下內(nèi)隔板將外殼內(nèi)部的空間分割為三個(gè)空間,分別是上部空間、下部空間、以及位于中部空間;鋰電池、充放電控制電路、升壓電路以及整流電路設(shè)置在上部空間內(nèi);取電線圈、雷電流傳感器、限位墊塊設(shè)置在中部空間;限位墊塊安放于上述下箱開(kāi)放隔間中,采用樹(shù)脂材質(zhì),墊塊中開(kāi)有兩個(gè)弧形槽,用于安放上述傳感器模塊與取電線圈,以使接觸網(wǎng)導(dǎo)線處于兩者的中心,并限制兩者上下方向及沿導(dǎo)線方向的移動(dòng);其余部件設(shè)置在下部空間;上外殼及下外殼分別通過(guò)前線夾和后線夾以及螺釘連接固定在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上;內(nèi)部穿有接觸網(wǎng)導(dǎo)線的套管設(shè)置在機(jī)箱殼體前后端;線夾開(kāi)有圓弧夾線槽、緊固螺栓孔及外殼連接孔,通過(guò)擰緊緊固螺栓使線夾夾緊在接觸網(wǎng)銅模預(yù)絞線上,用于固定在線監(jiān)測(cè)裝置的位置,限制其沿導(dǎo)線的移動(dòng)及繞導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015]因此,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1.采用的超高速AD采樣單元,采樣速率50M,可以在雷擊發(fā)生的短暫時(shí)間內(nèi)迅速采集到雷電波形信號(hào),采集的雷電波形準(zhǔn)確度高;2.所用的FPGA芯片,反應(yīng)速度快,數(shù)據(jù)處理迅速,能夠快速而準(zhǔn)確地獲取雷電信號(hào)采樣數(shù)據(jù);3.所選授時(shí)模塊為超高精度時(shí)鐘單元,授時(shí)精度達(dá)到20ns,從而可以大大減少故障測(cè)距的誤差,支持北斗與GPS導(dǎo)航雙系統(tǒng),增加了系統(tǒng)的可靠性;4.安裝于機(jī)箱內(nèi)由取電線圈等組成的充電單元,可以直接從接觸網(wǎng)中獲取電能,經(jīng)轉(zhuǎn)換后為鋰電池充電,該充電單元不受自然環(huán)境因素的影響,能夠?yàn)殇囯姵靥峁┏掷m(xù)充足的電能,保障在線監(jiān)測(cè)裝置的電能供應(yīng);5.在供電模塊與核心電路板間安裝遙控開(kāi)關(guān),可以使用遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制,便于地面操作人員對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行開(kāi)啟與關(guān)閉;6.在線監(jiān)測(cè)裝置上(下)箱體中設(shè)有封閉隔間和開(kāi)放隔間,優(yōu)化空間布局,密封的金屬外殼可以起到防水、防塵、防其它異物的作用,同時(shí)還可以減少外部環(huán)境中復(fù)雜電磁場(chǎng)對(duì)內(nèi)部電路的干擾,起到隔離防護(hù)的作用,封閉隔間可以使安裝于其中的電路避免相互間的電磁干擾及外部環(huán)境電磁的干擾,起到二次隔離防護(hù)的作用;
7.在線監(jiān)測(cè)裝置機(jī)箱殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,加工方便,成本低,安裝簡(jiǎn)單,便于拆裝維修;
8.系統(tǒng)設(shè)置區(qū)域ID和設(shè)備ID,一臺(tái)主機(jī)可在GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)的多條線路進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。
[0017]圖2本發(fā)明的雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的外觀圖。
[0018]圖3本發(fā)明的雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的內(nèi)部模塊安裝圖。
[0019]圖4本發(fā)明的雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的系統(tǒng)功能框圖。
[0020]圖5本發(fā)明的雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的取電線圈取電原理框圖。
[0021]圖中:1-上外殼,2- M6螺栓,3-前線夾,4-套管,5-導(dǎo)線,6-M10螺栓,7-M3螺釘,8-下外殼,9-后線夾,10-鋰電池,11-上平板,12-充放控制電路,13-升壓電路,14-整流電路,15-上半圓板,16-取電線圈,17-雷電流傳感器,18-限位墊塊,19-下半圓板,20-授時(shí)模塊,21-遙控開(kāi)關(guān),22-電路板,23-GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊,24-下平板,25-1_Core2核心板,26-立柱,27-授時(shí)天線,28-數(shù)傳天線。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖,通過(guò)實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]實(shí)施例:
如圖1所示,為高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)配備一臺(tái)固定IP的上位機(jī),網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋含GPRS信號(hào)的所有區(qū)域,在區(qū)域內(nèi)的若干線路上布網(wǎng),而每條被監(jiān)測(cè)的接觸網(wǎng)線路上都安裝有若干個(gè)本發(fā)明所述用于監(jiān)測(cè)雷電波形的裝置,制定的裝置由裝置中固化的區(qū)域ID和設(shè)備ID唯一識(shí)別。
[0024]本發(fā)明中,雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的外觀圖如圖2所示,在線監(jiān)測(cè)裝置的機(jī)箱殼體呈圓柱筒狀,分為上下兩個(gè)箱體,箱體的上外殼I及下外殼8均采用鋁合金材料,這樣不但可以減小整個(gè)裝置的重量,同時(shí)還可以防止內(nèi)部電路模塊遭受外部復(fù)雜電磁場(chǎng)的干擾,起到電磁屏蔽的作用;上外殼I與下外殼8在對(duì)接處都加裝有密封條,以起到防水、防塵、防其它異物的作用;上外殼I及下外殼8的兩端均分別用螺栓2連接一個(gè)前線夾3和一個(gè)后線夾9,現(xiàn)場(chǎng)安裝本發(fā)明裝置時(shí),在前線夾3、后線夾9與導(dǎo)線5之間加裝套管4,套管4可以增加摩擦系數(shù),并起到密封的作用,并用緊固螺栓6擰緊。
[0025]如圖3所示,為本發(fā)明的雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的內(nèi)部模塊安裝圖,鋰電池10、充放電控制電路12、升壓電路13、整流電路14依次連接,安裝于上箱的封閉隔間內(nèi),整流電路14用導(dǎo)線穿過(guò)上半圓板15的過(guò)線孔與安裝于箱體開(kāi)放隔間,并放置在限位墊塊18中的取電線圈16相連接,組成整個(gè)供電模塊;雷電流傳感器17也放置在限位墊塊18的卡槽中,其通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)下半圓板19的過(guò)線孔與安裝于下箱封閉隔間中的電路板22的信號(hào)接收端相連,電路板22通過(guò)立柱26固定在下平板24上,授時(shí)模塊20通過(guò)立柱固定在電路板22的上方,遙控開(kāi)關(guān)21粘接在下平板上,GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊23通過(guò)螺釘固定在下平板24上,授時(shí)天線27及數(shù)傳天線28均安裝在下箱的前端面。
[0026]如圖4所示,為本發(fā)明的雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置的硬件總體框圖,本裝置硬件主要由供電模塊、遙控開(kāi)關(guān)21、1-Core2核心板25、采集電路、雷電流傳感器17、授時(shí)模塊20、GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊23組成。剖分式取電線圈16套在接觸網(wǎng)導(dǎo)線5上,其取電原理框圖如圖5所示,當(dāng)在線監(jiān)測(cè)裝置所在接觸網(wǎng)區(qū)段有電流通過(guò)時(shí),取電線圈16便會(huì)得到感應(yīng)電壓,然后與其相連接的整流電路14便會(huì)對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓整流,輸出穩(wěn)定的12V電壓值,升壓電路13對(duì)12V的電壓進(jìn)行升壓處理,以滿足鋰電池充電電壓的要求,升壓后的電壓值輸送給充放電控制電路12,該才開(kāi)始為與其相連接的鋰電池10充電,在鋰電池10充滿電時(shí)或者電池電壓不足時(shí)斷開(kāi),以達(dá)到確保系統(tǒng)輸入電壓值和保護(hù)鋰電池的作用,鋰電池10再經(jīng)過(guò)充放電控制電路12的調(diào)壓處理后輸出12V電壓,然后輸送給電路板22,在電路板22與充放電控制電路12間安裝有遙控開(kāi)關(guān)21,以便于地面操作人員對(duì)整個(gè)裝置人為的開(kāi)啟與關(guān)閉;電路板22上的調(diào)壓電路會(huì)將輸入電壓變換成不同的電壓值以給AD芯片、1-Core2核心板25、授時(shí)模塊20及GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊23供應(yīng)所需電壓。
[0027]其中,
1、供電模塊用于為整個(gè)在線監(jiān)測(cè)裝置提供電能供應(yīng);
2、鋰電池采用4塊3.7V標(biāo)準(zhǔn)鋰電池,經(jīng)過(guò)調(diào)壓處理,給系統(tǒng)提供12V穩(wěn)定電源,同時(shí)為遙控開(kāi)關(guān),1-Core2核心板,采集電路,授時(shí)模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊提供電能;
3、遙控開(kāi)關(guān)(21)用于控制供電模塊與核心電路板間線路的接通與斷開(kāi),可以使用遙控器在一定距離內(nèi)進(jìn)行控制,以便于地面操作人員人為的對(duì)整個(gè)裝置的開(kāi)啟與關(guān)閉;
4>1-Core2核心板,包括高頻信號(hào)采集芯片F(xiàn)PGA及核心控制芯片STM32,安裝于電路板上,用于系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)回傳。
[0028]5、高頻信號(hào)采集FPGA芯片,為多功能、低功耗的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列,負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的高速采集及存儲(chǔ),當(dāng)其接收到比較邏輯器件提供的觸發(fā)信號(hào)后,會(huì)發(fā)出高速采樣的啟動(dòng)命令,并控制通過(guò)總線輸出的采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ);
6、核心控制STM32芯片,為高性能、低成本、低功耗的嵌入式的ARM處理器,對(duì)各部件工作電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并綜合處理各個(gè)模塊返回的信息,按照要求打包發(fā)送到指定端口 ;控制系統(tǒng)采集模式和休眠模式的切換;
7、采集電路中信號(hào)預(yù)處理電路,包含采集電壓的降壓處理,共模處理,濾波部分,將傳感器的輸出電壓變換成系統(tǒng)能夠采集的范圍,通過(guò)共模處理,降低系統(tǒng)噪聲;
8、采樣觸發(fā),采樣觸發(fā)在有感應(yīng)電壓信號(hào)的情況下,進(jìn)行比較邏輯判斷,感應(yīng)信號(hào)對(duì)于設(shè)定值,提供觸發(fā)信號(hào)給FPGA芯片,以啟動(dòng)對(duì)傳感器輸出感應(yīng)電壓信號(hào)進(jìn)行高速采樣;
9、高頻采集,為系統(tǒng)的核心,將傳感器所給出的電壓信號(hào),迅速捕獲,并將其推送至后續(xù)處理器件,此部分電路PCB電路等長(zhǎng)布線;
10、AD轉(zhuǎn)換,主要是AD轉(zhuǎn)換芯片,將采集到的模擬電壓信號(hào),快速轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),以備存儲(chǔ)和傳輸;
11、雷電流傳感器,即為羅氏線圈傳感器,用于將大幅值的雷電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-50V的電壓信號(hào),以便于后續(xù)采樣;
12、授時(shí)模塊,為超高精度時(shí)鐘單元,包括高精度零漂有源晶振、RTC時(shí)鐘和BD+GPS時(shí)鐘同步授時(shí)三個(gè)部分,在裝置工作過(guò)程中,該模塊為其提供精確的時(shí)鐘信息;
13、高精度零漂有源晶振,主要為授時(shí)系統(tǒng)提供高精度時(shí)鐘源,0.1PPM時(shí)鐘精度可保證系統(tǒng)運(yùn)行于100M主頻時(shí),時(shí)鐘頻率誤差在1HZ以內(nèi),保證系統(tǒng)高速同步采樣時(shí)具有高度一致的時(shí)鐘間隔對(duì)齊性;
14、RTC時(shí)鐘,主要功能是在一定的外部條件下持續(xù)保持系統(tǒng)時(shí)鐘,以獲得精準(zhǔn)的事件時(shí)刻記錄;
15、BD+GPS授時(shí)模塊,為北斗與GPS雙衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)支持,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在時(shí)鐘同步方面相對(duì)GPS系統(tǒng)的IPPS同步脈沖,該脈沖標(biāo)準(zhǔn)為1HZ,在雙衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)的同步下,時(shí)鐘同步的精度可達(dá)20ns,可以準(zhǔn)確地進(jìn)行多個(gè)在線監(jiān)測(cè)裝置相互之間的時(shí)鐘同步和雷電故障定位;
16、GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊,為工業(yè)級(jí)3G路由器,采用高性能工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊,高性能工業(yè)級(jí)32位通信處理器,支持低功耗模式,其上集成有RS232/以太網(wǎng)接口,可以實(shí)現(xiàn)與連接核心電路板的連接,通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將采樣、處理后的雷電波形數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的上位機(jī),同時(shí)上位機(jī)也可以向在線監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送控制命令,從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)裝置與上位機(jī)間信息的相互傳輸;
當(dāng)接觸網(wǎng)導(dǎo)線發(fā)生雷擊時(shí),雷電流傳感器17就會(huì)得到感應(yīng)電壓,但該感應(yīng)電壓并不能直接被采集,而是要先經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路,進(jìn)行感應(yīng)電壓的降壓處理,共模處理,濾波等處理過(guò)程,將雷電流傳感器17輸出的感應(yīng)電壓變換到系統(tǒng)能夠采集的電壓范圍內(nèi),通過(guò)共模處理,可以降低系統(tǒng)噪聲;同時(shí)雷電流傳感器17輸出的感應(yīng)電壓還進(jìn)入比較比較邏輯門與設(shè)定值進(jìn)行比較邏輯判斷,并會(huì)提供觸發(fā)信號(hào)給1-C0re2核心板25中的FPGA芯片,以啟動(dòng)對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行高頻采集,高頻采集過(guò)程中將傳感器所給出的電壓信號(hào),迅速捕獲,并將其傳輸至后續(xù)處理器件;采集到的模擬電壓信號(hào)要經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換芯片,該芯片會(huì)將其快速轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),以備存儲(chǔ)和傳輸;獲得的數(shù)字信號(hào)傳輸給1-C0re2核心板25,同時(shí)授時(shí)模塊20會(huì)將米集雷電信號(hào)時(shí)的時(shí)鐘記錄傳輸給i_Core2核心板25,1-Core2核心板25再對(duì)所有的數(shù)字信息進(jìn)行最后的處理,然后控制GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊23將采樣、處理后的雷電波形數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的上位機(jī),同時(shí)上位機(jī)也可以向在線監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送控制命令,從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)裝置與上位機(jī)間信息的相互傳輸。
[0029]本發(fā)明的高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置具有多個(gè)工作模式,包括充電模式、采集模式及待機(jī)模式,當(dāng)接觸網(wǎng)導(dǎo)線通電時(shí),本發(fā)明裝置處于充電模式,充放電單元將會(huì)對(duì)鋰電池10進(jìn)行充電;當(dāng)接觸網(wǎng)導(dǎo)線斷電時(shí),本發(fā)明裝置處于待機(jī)模式,此時(shí)電路板22上高速采集部分處于未工作狀態(tài),從而可以降低系統(tǒng)功耗,起到節(jié)能的作用;當(dāng)接觸網(wǎng)導(dǎo)線遭受雷擊時(shí),本發(fā)明裝置處于采集模式,電路板22上的1-C0re2核心板25與采集電路開(kāi)始采集雷電信號(hào),GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊23開(kāi)始將雷電波形數(shù)據(jù)及授時(shí)模塊20的時(shí)鐘數(shù)據(jù)回傳給上位機(jī)。
[0030]本發(fā)明的高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),要安裝在接觸網(wǎng)的回流導(dǎo)線上,這樣既不會(huì)影響列車正常的行駛,又不會(huì)遺漏接觸網(wǎng)遭受雷擊時(shí)的雷電信號(hào),當(dāng)接觸線或者回流線遭受雷擊時(shí),雷電流都會(huì)流經(jīng)在線監(jiān)測(cè)裝置,進(jìn)而采集到雷電波形數(shù)據(jù)。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例,并不用于限制本發(fā)明,顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于:包括機(jī)箱殼體以及設(shè)置在機(jī)箱殼體內(nèi)的供電模塊、遙控開(kāi)關(guān)(21 )、1-Core2核心板(25)、采集電路、雷電流傳感器(17)、授時(shí)模塊(20)、GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊(23)、機(jī)箱殼體、限位墊塊(18);所述供電模塊與遙控開(kāi)關(guān)(21)相連,遙控開(kāi)關(guān)(21)連接電路板(22),電路板上安裝有i_Core2核心板(25)及采集電路,雷電流傳感器(17)放置在限位墊塊(18)的卡槽內(nèi),并與電路板(22)上的采集電路相連,授時(shí)模塊(20XSGPRS網(wǎng)絡(luò)模塊(23)均與電路板(22)上的i_Core2核心板(25)相連,授時(shí)模塊(20)的授時(shí)天線(27)及GPRS網(wǎng)絡(luò)模塊(23)的數(shù)傳天線(28)均通過(guò)下外殼(8)的過(guò)線孔安裝在裝置外側(cè); 所述i_Core2核心板(25)包括高頻信號(hào)采集芯片F(xiàn)PGA及核心控制芯片STM32,F(xiàn)PGA芯片主要負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的高速采集,STM32芯片主要接收處理時(shí)鐘信號(hào)以及控制數(shù)據(jù)收發(fā); 所述采集電路包括信號(hào)預(yù)處理電路,采樣觸發(fā)電路,高頻采集電路及AD轉(zhuǎn)換芯片;雷電流傳感器(17 )所得感應(yīng)電壓經(jīng)衰減處理后,連接采樣觸發(fā)電路以啟動(dòng)采樣,同時(shí)連接信號(hào)預(yù)處理電路、高頻采集電路及AD轉(zhuǎn)換芯片以在啟動(dòng)采樣后獲得雷電波形數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于:所述供電模塊包括鋰電池(10)與充放電單元,鋰電池(10)與充放電單元相連,充放電單元與電路板(22)連接;充放電單元為鋰電池充電,同時(shí)對(duì)鋰電池起保護(hù)作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于:所述充放電單元包括取電線圈(16)、整流電路(14)、升壓電路(13)及充放電控制電路(12),取電線圈(16)為一種可分式穿心線圈,套裝在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上,從其上獲取感應(yīng)電壓,與取電線圈(16)相連的整流電路(14)再對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓整流,整流電路(14)輸出的電壓再由與其相連的升壓模塊(13)進(jìn)行升壓處理,升壓模塊(13)輸出電壓再傳輸至充方電控制電路(12 ),充放電控制電路(12 )與鋰電池(10 )相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)雷電波形在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于:所述機(jī)箱殼體包括外殼、內(nèi)隔板、線夾等,外殼與內(nèi)隔板組成封閉隔間及開(kāi)放隔間,線夾與外殼相連組成箱體;所述外殼包括上外殼(I)及下外殼(8),上外殼(I)及下外殼(8)均為中空半圓筒;內(nèi)隔板包括上半圓板(15)、上平板(11)與下半圓板(19)、下平板(24),上半圓板(15)與上平板(11)連接成上內(nèi)隔板,下半圓板(19)與下平板(24)連接成下內(nèi)隔板;所述上內(nèi)隔板以及下內(nèi)隔板將外殼內(nèi)部的空間分割為三個(gè)空間,分別是上部空間、下部空間、以及位于中部空間;鋰電池(10)、充放電控制電路(12)、升壓電路(13)以及整流電路(14)設(shè)置在上部空間內(nèi);取電線圈(16)、雷電流傳感器(17)、限位墊塊(18)設(shè)置在中部空間;其余部件設(shè)置在下部空間;上外殼(I)及下外殼(8)分別通過(guò)前線夾(3)和后線夾(9)以及螺釘連接固定在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上;內(nèi)部穿有接觸網(wǎng)導(dǎo)線的套管(4)設(shè)置在機(jī)箱殼體前后端。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK104267250SQ201410555734
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】肖曉暉, 朱澤群, 游鵬輝, 陸榮信, 游凡 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)
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